4B. Układ napędowy z silnikiem prądu stałego, przekształtnikiem

4B. Układ napędowy z silnikiem prądu stałego, przekształtnikiem impulsowym i analogowymi regulatorami prądu i
prędkości – model nieliniowy
Zbuduj model układu napędowego składającego się z impulsowego przekształtnika napięcia umożliwiającego
dwukierunkowy przepływ energii (topologia mostka H) wraz z modulatorem, silnika prądu stałego, przetworników
pomiarowych (prądu i prędkości) oraz układ sterowania składającego się z kaskadowo połączonego regulatora
prędkości i regulatora prądu (rys. 1).
Rys. 1. Schemat blokowy układu automatycznej regulacji prędkości i prądu
A1. Model układu napędowego z regulatorami zawierającymi warunkowe całkowanie.
Porównać działanie układu z regulatorami liniowymi bez warunkowego całkowania ale z układem nieliniowym
ograniczającym sygnał wyjściowy na żądanym poziomie (rys. 2a) i z uwzględnieniem struktury umożliwiającej
realizację warunkowego całkowania - anti-windup (rys. 2b). Wyjście regulatora prędkości ograniczone jest od dołu
wartością -10,0 a od góry wartością +10,0. Natomiast wyjście regulatora prądu ograniczone jest wartościami
odpowiednio -1,0 i +1,0.
Rys. 2a. Liniowy model układu napędowego z kaskadowo połączonymi regulatorami prądu i prędkości z nieliniowymi układami
ograniczającymi wartość wyjściową regulatorów
Rys. 2b. Liniowy model układu napędowego z kaskadowo połączonym regulatorem prądu i prędkości z nieliniowymi układami
realizującymi warunkowe całkowanie (anti-windup)
Porównać ze sobą przebiegi sygnałów na poszczególnych wyjściach bloków w układach regulacji prądu i prędkości,
momentu dynamicznego, momentu elektromagnetycznego, prądu twornika, prędkości kątowej.
A.2. Pętla otwarta.
Porównaj przebiegi prędkości i prądu otrzymane w wyniku symulacji modelu liniowego (zadanie 3, rys. 2) oraz
modelu nieliniowego z układem przekształtnika impulsowego (rys. 3) w pętli otwartej. Przedstawiony na rysunku
schemat stanowi wnętrze podsystemu z rys. 1 (wej.={Us, TL}; wyj.={omega, current}).
Dane dla silnika i układu napędowego zamieszczono w treści zadania 2 i 3.
Symbolem Ls oznaczono dodatkową indukcyjność cewki włączonej w szereg z uzwojeniem twornika w celu
ograniczenia wartości tętnień prądu twornika. Początkowa wartość LS równa jest zero.
Rys. 3. Schemat ideowo-blokowy silnika prądu stałego z przekształtnikiem napięcia o topologii mostka H
Przyjęto założenie, że wartość tętnień prądu twornika nie powinna przekraczać 3% wartości prądu znamionowego.
Poziom tętnień ustalić zmieniając wartość indukcyjności Ls.
A.3. Układ automatycznej regulacji:
a) Po wprowadzeniu do obwodu twornika dodatkowej indukcyjności należy uaktualnić wzmocnienia dla
regulatora prądu i prędkości. Wypadkowa wartość indukcyjności (Lall) równa jest sumie wartości
indukcyjności twornika (La) i indukcyjności szeregowej (Ls).
b) Dopuszczalny prąd w obwodzie twornika wynosi trzykrotną wartość prądu znamionowego maszyny.
c) Sygnał sterujący tranzystorami w mostku zmienia się w zakresie -1,0 <= US <= +1,0
Zaobserwuj przebiegi prądu, momentów, w stanach przejściowych i ustalonych.
Zaobserwuj przebieg napięcia i prądu zasilającego uzwojenie twornika maszyny, wykonaj analizę FFT.
Zaobserwuj przebiegi na wejściach i wyjściach bloków tworzących układ regulacji.
Porównaj działanie układu liniowego (linowy model przekształtnika – rys. 2b) i układu nieliniowego (nieliniowy model
przekształtnika – rys. 1).